Crash test pour une voiture solaire légère à 4 places

Des chercheurs de l’université de Bologne ont effectué des simulations de collision afin de qualifier un nouveau véhicule solaire de 350 kg pour la prochaine édition du Bridgestone World Solar Challenge (BWSC), qui s’étend sur 3 000 km à travers le continent australien.

mai 23, 2024 Valerie Thompson

L'Emilia 5 soumise à un crash test numérique.

Image : Université de Bologne, Structures composites, Licence Creative Commons CC BY 4.0

D’après pv magazine International

Une équipe de recherche de l’université italienne de Bologne a effectué des simulations de collision pour qualifier une nouvelle voiture solaire à quatre places qui participera au Bridgestone World Solar Challenge (BWSC) de 3 000 km à travers le continent australien.

Le véhicule solaire électrique, baptisé Emilia 5, fait partie de la classe Cruiser de l’événement BWSC 2025. La classe Cruiser est l’une des trois catégories de voitures solaires de l’événement biennal que les organisateurs ont créées pour encourager les voitures conceptuelles présentant « des caractéristiques innovantes, durables et potentiellement pratiques qui pourraient trouver leur place dans la conception du monde réel ».

Emilia 5 mesure 4,5 mètres x 1, 5 m x 1,2 m et ne pèse que 350 kg. Le moteur a une vitesse maximale de 120 km/h. Il est alimenté par des panneaux solaires photovoltaïques du fabricant italien de modules Solbian, qui utilise des cellules Maxeon. Le châssis de la voiture est en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP). Il s’agit du cinquième modèle fabriqué par l’équipe italienne Onda Solare, et du troisième en collaboration avec l’université de Bologne. « L’équipe a commencé à concourir en 2003 avec son premier véhicule, un vélo solaire. L’université de Bologne l’a rejointe en 2013 avec Emelia 3, un véhicule de la classe Challenger. La voiture suivante, Emelia 4, était un véhicule de classe Cruiser. Elle a remporté l’American Solar Challenge 2018 et l’iLumen European Solar Challenge 2021 », a décrit Giangiacomo Minak, responsable de la recherche, à pv magazine.

Une version antérieure de la voiture solaire de classe Cruiser de l’équipe italienne, connue sous le nom d’Emilia 4LT, pesait 400 kg, avec 5 m² de PV solaire et une batterie de 32 kWh. Elle a remporté la première place lors du défi solaire européen iLumen 2021.
*Image : Onda Solare*

Le chercheur note qu’Emilia 5 comporte certains des mêmes éléments qu’Emilia 4, tels que le groupe motopropulseur, que l’équipe a conçu elle-même. « La nouveauté réside dans l’utilisation de fibres de carbone recyclées pour les pièces utilisées à l’avant et à l’arrière du véhicule. Nous avons également utilisé des moules recyclés. L’intérieur est plus spacieux et plus confortable pour quatre passagers. Les ouvertures des portes sont conçues pour accueillir des passagers handicapés », a-t-il déclaré.

« Nous avons également modifié la conception pour tenir compte des vents latéraux forts. Malgré les changements, l’aérodynamisme sera au moins aussi bon que celui de l’Emelia 4. La couleur sera le rouge Ferrari », a ajouté Giangiacomo Minak, précisant que le groupe a récemment reçu un financement du Centre national italien pour la mobilité durable (MOST), qui est soutenu par le programme NextGenerationEU.

Pour s’assurer de la sécurité, des simulations numériques de collision ont été réalisées et comprenaient trois essais obligatoires : un essai d’impact frontal, un essai d’impact latéral et un essai d’impact de renversement. L’équipe a utilisé le logiciel Ansys LS-Dyna 2023 R1 et LS-Dyna R13. Ce dernier a été utilisé pour générer des ceintures de sécurité et pour mesurer l’intrusion à l’intérieur du cockpit.

Se référant à l’aérodynamisme du véhicule, qui lui permet d’atteindre des vitesses comparables à celles des véhicules routiers, les chercheurs affirment qu’il est possible que ces crash-tests soient similaires à ceux auxquels sont soumis les petits véhicules routiers tels que les voitures citadines.

Les simulations d’impact ont nécessité d’importantes ressources de calcul car la quasi-totalité du véhicule, y compris les sièges, les ceintures de sécurité et le test du traîneau, a dû être vérifiée. « Les simulations d’impact sur des matériaux composites ne concernent souvent que des composants simples tels que des plaques soumises à un impact de flexion, un impact à faible vitesse, des barrières soumises à un impact de balle ou des tubes de différentes sections soumis à un impact axial », a expliqué l’équipe. Un autre défi de la modélisation numérique des composants en PRFC est leur « anisotropie », c’est-à-dire des propriétés mécaniques qui changent en fonction de l’orientation des charges.

« Grâce à trois simulations d’essais de collision utilisant le logiciel de la méthode des éléments finis (FEM), comme l’exigeaient les directives du concours, le véhicule a démontré une solide résistance à la déformation », a conclu l’équipe.

L’équipe a présenté ses conclusions dans l’étude « Crashworthiness investigation on a Carbon Fiber Reinforced Plastic solar vehicle », publiée dans Composite Structures. Une fois cette série d’essais terminée, la conception d’Emilia 5 progressera vers la participation au prochain BWSC. En attendant, l’équipe italienne se prépare pour les huit jours du Sasol Solar Challenge qui se déroulera en Afrique du Sud à la mi-septembre.

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